PDF《生物质能的利用和能源植物的开发》

8 6 ― 第30卷第 3期2007年 9月 南京师大学报 (自然科学版 ) JOURNAL OF NANJ I NG NORMAL UN I VERSITY(Natural Science Edition) Vol .

30 No.

3 Sep,

2007 ? 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net 土地 ,种植能源植物 ,并对其他农副产物的生物质进行加工 ,全球的植物能源开发潜力可达到

435 EJ /年,远远超过初级能源的需求量 [

1 ] .

1 植物质能源转化和利用方式

111 生物乙醇 (B ioethanol) 利用生物质能转化为乙醇 ,是质能转换体系中较为成熟的过程 ,许多生物质经初步加工 ,能够作为发 酵酒精的工业原料 ,而乙醇生产已在世界范围内形成仅次于石油化工的大产业 ,工艺装备技术成熟. 乙醇 作为燃料具有热值大、 燃烧充分等优点 ,并能够与现行的内燃机有较好的相容性. 无水乙醇 (纯度大于 9913% )和汽油以一定比例混合可作为车用燃料 ,乙醇在混合物中的比例不超过 25%时 ,可以利用原有的 汽车发动机 ,而纯度为 9216% ~9318%的含水乙醇 ,能够直接作为车用燃料 ,但需使用专门设计的具有更 高压缩比的发动机. 目前的燃料乙醇主要是指无水乙醇 ,按一定比例加入到汽油或柴油中 ,可缓解汽油、 柴 油短缺的社会问题 ,同时能够提高汽油和柴油的燃烧水平 ,有利于环境保护. 木质植物纤维素是地球上最丰富、 最廉价的可再生资源 ,植物每年通过光合作用 ,能产生高达

1515 *

10 10 t纤维素类物质 ,其中纤维素、 半纤维素的总量为

815 *

10 10 t,而每年用于工业过程或燃烧的纤维素仅 占2%左右 ,还有很大一部分未被利用. 因此研究开发纤维素的转化技术 ,对开发新能源 ,保护环境具有非 常重要的现实意义. 利用纤维素资源生产生物乙醇被认为是解决能源危机的最为理想的办法. 纤维素通过 酶法或者化学转化 ,可降解成葡萄糖、 木糖等物质 ,进一步通过工业发酵 ,形成生物乙醇替代石油 ,这是人 类利用植物源能源的最初设想. 但是纤维素大分子的降解一直是生产环节中的难点 ,纤维素结构复杂、 半 纤维素酶及木质素酶活性不高都影响到纤维素的生物转化 ,目前围绕着提高纤维素的转化率开展了多方 面研究 ,如重整天然纤维素的结构 ,降低结晶度 ,脱木质素 ,液氨预处理以及冷冻爆破法等 ,一旦纤维素的 转化解决了技术经济成本的难题 ,将是人类利用植物源能源的突破性进展.

112 平台化合物 (Platform Chem ical) 平台化合物的生物质加工 ,可以降低对石化资源的依赖. 包括乙醇在内 ,糖质原料还可以通过生物转 化、 生物炼制手段生产乙烯、 乳酸、 乙二醇、 氢气等众多平台化合物 ,进而合成一系列具有巨大市场和高附 加价值的产品. 乙烯及其衍生物是现代化学工业的基础原料 ,可通过乙醇氧化路线进行制备. 乙酰丙酸也 是一种新型平台化合物 ,是纤维素转化利用的另一个途径 ,纤维素在酸的催化水解下 ,首先分解成单糖 ,单 糖在酸的持续水解下可以脱水形成 5,

2 - 羟甲基糠醛 ,再经进一步脱羧生成乙酰丙酸. 乙酰丙酸具有良好 的反应性 ,能够进行酯化、 氧化还原、 取代、 聚合等多种反应 ,可广泛用于生产石化产品. 石油化工原料的生 物替代技术作为一种战略先导技术 ,在支撑新世纪社会进步与经济发展的技术体系中的地位已经得到高 度重视.